伊丹 和也
フッ化水素酸へのリン酸塩ガラスの溶解速度 -フッ化水素酸に溶けないガラスの開発-
松下 和正
フッ化水素酸がガラスを著しく腐食することは良く知られており、フッ化水素酸中におけるガラスの溶解速度は、ガラス組成によって大きく異なる。しかしながら、ガラス組成と耐フッ化水素酸性に関する系統的な研究はほとんど行われていない。
これまでに本研究室では、ケイ酸塩ガラスにおける耐フッ化水素酸性を測定し、ケイ酸塩ガラスの中ではシリカガラスが最も耐性が高いガラスであることを明らかにした。本研究では、フッ化水素酸中に様々な組成のリン酸塩ガラスを浸漬させ、浸漬時間に対する重量減少を測定することで、各ガラスの耐フッ化水素酸性を評価した。さらに、これらの結果に基づき、反応機構を考察した。
2成分リン酸塩ガラス、50CaO‐50P2O5ガラス、および50ZnO‐50P2O5ガラスの溶解速度をシリカガラスと比較した。47 wt%の高濃度のフッ化水素酸においては、50CaO‐50P2O5ガラス > シリカガラス > 50ZnO‐50P2O5ガラスの順で溶解速度が減少した。しかし、10 wt%の低濃度のフッ化水素酸においては、50ZnO‐50P2O5ガラスが最も大きい溶解速度を示した。
標準生成エネルギーをもとに各成分酸化物とHFとの反応における自由エネルギー変化を計算した結果、CaO, SiO2はHFとの反応性が高く、ZnO, P2O5は反応性が低いことがわかった。したがって、50ZnO‐50P2O5ガラスは、HFとの反応性が低い成分のみを含んでいるために、高濃度のフッ化水素酸に対して非常に高い耐性を示すということが明らかになった。
以上の考察を基に添加成分を調整することで、全ての濃度のフッ化水素酸に対して高い耐性を持つ多成分リン酸塩ガラスの作製に成功した。それらの中で最も高い耐性を持つガラスは、47 wt%のフッ化水素酸に対して、シリカガラスの2000倍もの耐性を示した。これは、50ZnO‐50P2O5ガラスと比較しても、10倍以上の耐性である。これらのことから、多成分系のリン酸塩ガラスにて、優れた耐フッ化水素酸性ガラスが得られることが分かった。
また、本研究で作製した全ての多成分リン酸塩ガラスは、非常に濃い緑色をしているのだが、各成分とフッ化水素酸との反応性に基づいて添加成分を調整することで、無色透明な耐フッ化水素酸性ガラスを作製できる可能性がある。
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